柴油添加劑在煤礦防爆柴油機車輛中的應用*

王曉

(中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

隨著煤礦井下防爆車輛在井下運輸中的大量應用，防爆柴油機也得到了廣泛應用[1-3]。但在煤礦井下封閉環(huán)境中，大量消耗柴油會使以防爆車輛排放出大量有害氣體和顆粒物[4-5]。為了有效控制煤礦井下有害物質的排放量，我國制定和重新修訂了煤礦用防爆車輛或防爆柴油機的排放法規(guī)和標準。本文針對柴油機廢氣排放量的問題進行了研究。

防爆柴油機的工作原理是壓縮進入缸內的新鮮空氣使其溫度高于燃料(柴油)的自燃點，然后通過高壓噴嘴向缸內噴入柴油霧滴使其和高溫空氣充分混合后自燃。我國柴油普遍芳烴含量高、十六烷值低及硫含量高，故很難使防爆柴油機的排放符合越來越嚴的排放標準。采用將柴油添加劑加入防爆車輛油箱中的方法，無需改變防爆車輛或防爆柴油機自身的機械結構，不需要增加額外裝置，只需和柴油混合改善其燃燒效率，降低煙和氣的排放，進而達到降低排放凈化空氣的效果。因此，向防爆柴油機的油箱中加入適量柴油添加劑是實現(xiàn)降低排放的最有效和最實用的方法之一。

1 柴油添加劑的選用

柴油機添加劑一般可分為促進燃燒型、改善油質型及消煙減污型。其中，促進燃燒型柴油添加劑可分為燃燒促進劑、柴油乳化劑、抗氧化劑及十六烷值改進劑等;改善油質型柴油添加劑可分為柴油穩(wěn)定劑、抗腐蝕劑、潤滑劑、分散劑、金屬鈍化劑、清凈劑和降凝劑等[6]。本文所選用的柴油添加劑是一種柴油性能提升劑,其優(yōu)點是可以降低燃燒反應的活化能，縮短著火延遲，消除微碳核的形成條件，使防爆柴油機工作順暢，燃燒充分，節(jié)省柴油及減少積碳和碳煙的排放，且不造成額外的污染。

2 現(xiàn)場測試

2.1 測試儀器

采用氣體分析儀測試防爆車輛的CO排放值，不透光煙度計測試防爆車輛的煙度排放值。本文采用的是英國KANE氣體分析儀和不透光煙度計。

2.2 測試方法

測試由中煤科工集團太原研究院有限公司和英杰惠能公司技術人員共同完成，測試標準參照MT 220—1990《煤礦用防爆柴油機械排氣中一氧化碳氮氧化物檢驗規(guī)范》和MT 990—2006《礦用防爆柴油機通用技術條件》，測試地點是山西保德煤礦。

(1) CO檢測。開機預熱，調整所測油料類型，如柴油，然后將探針放入尾氣管末端并固定，先后測量空載低怠速、空載最高轉速及掛檔(負載)最高轉速的CO、CO2、NOx等數(shù)據(jù)。

(2) 煙度(K值)檢測。執(zhí)行GB 3847—2005《車用壓燃式發(fā)動機和壓燃式發(fā)動機汽車排氣煙度排放限值及測量方法》。

3 測試結果及分析

測試車輛選擇某礦在用的一輛車況良好、出車率高的WC5E型防爆柴油機。在每班下井前向油箱中按比例加入所選用的柴油添加劑，待車輛運行一班或兩班后對該車排放進行測量。

3.1 CO變化趨勢

主要對某防爆車輛在怠速、空載高轉速及滿負荷高轉速工況下觀察CO趨勢柱狀變化情況。未添加柴油機添加劑的防爆車輛在怠速、空載高轉速和滿負荷高轉速3個工況下的CO排放的體積濃度分別為0.05×10-6、0.097×10-6和1.45×10-6；添加柴油機添加劑后的防爆車輛在怠速、空載高轉速和滿負荷高轉速3個工況下的CO排放的體積濃度分別為0.04×10-6、0.063×10-6和0.983×10-6。可見，在3種工況下添加柴油添加劑后,防爆車輛的CO排放均得到了大幅度的降低。加入柴油添加劑后的防爆車輛在空載高轉速工況下CO排放降幅最大，為34.5%，在怠速工況下CO排放降幅最小，為20.0%。由此說明,添加劑使防爆柴油機燃燒更加充分，其燃燒效率隨之提高，從而降低CO排放。

3.2 煙度(K值)變化趨勢

未添加柴油機添加劑的防爆車輛在空載高轉速和滿負荷高轉速工況下的煙度值分別為2.82 m-1和4.09 m-1；添加柴油機添加劑后的防爆車輛在空載高轉速和滿負荷高轉速工況下的煙度值分別為2.82 m-1和3.78 m-1。可見，加入柴油添加劑后的防爆車輛在空載高轉速工況下沒有變化，在滿負荷高轉速工況下煙度有一定程度的降低，降幅為7.5%。這說明在滿負荷高轉速工況下，添加劑破壞了微碳核形成的條件，降低了防爆車輛在該工況下煙度排放量。

4 結論

根據(jù)現(xiàn)場實際條件,經過多次調整后所采用的方案，在測試過程嚴格遵守相關國家標準進行測試，從測試結果中得到：

1) 采用柴油添加劑可大幅降低煤礦井下防爆車輛CO的排放量，排放量減少20.0%～34.5%，可為井下安全作業(yè)提供有效的保障。

2) 采用柴油添加劑可大幅降低煤礦井下防爆車輛(柴油機)在滿負荷高轉速工況下煙度的排放量，也可改善煤礦井下作業(yè)環(huán)境，降低作業(yè)人員職業(yè)病的風險。

3)采用柴油添加劑在煤礦用防爆車輛減排降污方面具有良好的實用性。